減数分裂におけるコヒーシンの役割

減数分裂の第一段階である前期Iでは、姐妹染色分体がコヒーシンと呼ばれる複合体で接続されている。このコヒーシン複合体は、染色分体を中央軸に接続された線状構造に整理するのを助ける。この組織は相同染色体のペアリングにとって重要だ。相同染色体は、親から1本ずつ受け取った染色体の対で、同じ遺伝子を持っているけど、異なるバージョンの遺伝子を持つこともある。

この段階では、シナプトメナル複合体（SC）と呼ばれる構造が形成される。SCは、2つの相同染色体軸と、その間にしっかり詰まったフィラメントで満たされた中央領域から成る。減数分裂の再編成プロセスは、これらの染色体がペアになるのを助け、SCを形成する。この再編成は、クロスオーバーと呼ばれるイベントを通じて染色体を接続し、第一減数分裂中の染色体の正しい分離にとって重要だ。

再編成に関与するDNAプロセスは染色体の構造に関連している。DNAに breaks を作り、DNA鎖の交換を促進する酵素は相同軸に関連している。その結果できる構造は、ジョイント分子と呼ばれ、SCの中央領域と相互作用する。一部のこれらの再編成イベントはクロスオーバーに繋がるように指定されていて、どれだけのクロスオーバーが起こるかには慎重に調整があり、各染色体対には少なくとも1つのクロスオーバーがあることが保証されている。

#クロスオーバー解決におけるコヒーシンの役割

コヒーシンはクロスオーバーが正しく起こるために重要だ。これを調べるために、クロスオーバー解決段階で特定のコヒーシンタンパク質であるRec8を非活性化する技術が使われた。これは、細胞がその減数分裂プロセスの特定の段階に保たれていた同期細胞培養で行われた。非活性化が起こると、Rec8のレベルは劇的に下がり、細胞の減数分裂に遅れをもたらした。

Rec8が非活性化されると、クロスオーバーの形成が大幅に減少し、非クロスオーバー産物が増加した。これは、ジョイント分子が形成される一方で、Rec8が分解されるとクロスオーバーに解決する能力が失われることを示している。さらなるテストで、特にRec8がジョイント分子形成後に必要で、これを確実にクロスオーバーに解決するために必要だと確認された。

#クロスオーバー形成の異なる経路

減数分裂のクロスオーバーは、それを解決するのに必要な酵素に基づいて2種に分類できる。クロスオーバー class-I は特定の酵素複合体に依存し、class-II クロスオーバーは異なる構造選択的酵素を必要とする。分析により、コヒーシンとクロスオーバー特異的酵素 MutLψ が同じ経路で機能し、他の酵素複合体である Mus81-Mms4Eme1 は異なる経路で機能することがわかった。

Smc5/6 複合体もジョイント分子の解決に関与している。Smc5/6の成分が非活性化されると、クロスオーバーが減少したが、非クロスオーバー産物には影響がなかった。これは、Smc5/6が Mus81-Mms4Eme1 を介さない異なるメカニズムで非クロスオーバー形成に影響を与えることを示唆している。

#シナプトメナル複合体と再編成複合体の役割

SCとクロスオーバー再編成複合体は、クロスオーバーが起こるのを確実にするために重要だ。SCの成分であるZip1 と、クロスオーバー形成を促進する因子であるMutSψは、ジョイント分子をクロスオーバーに解決するために必要だと示された。これらのいずれかの成分が非活性化されると、クロスオーバーが減少し、非クロスオーバーが増加する結果となり、コヒーシンの喪失による結果と似ていた。

これは、SCと再編成複合体が効果的なクロスオーバー解決のために一緒に機能する必要があることを示唆している。これらの構造の維持は相互依存していて、減数分裂中に安定して機能を保つためにお互いに頼っている。

#ジョイント分子の保護

減数分裂中、クロスオーバー部位で形成された二重ホリデイ接合（dHJs）は、非クロスオーバー産物に解決されるのから守られる必要がある。通常の条件下では、これらの構造はそれを引き起こす特定の酵素がないため安定している。しかし、コヒーシンが分解されると、dHJsの安定性が低下し、不適切に解決されることになる。

dHJsを安定化させることが、その早期解決を防ぐことがわかった。構造的要素で形成されたdHJsを保護することで、BLM/STR複合体は解決を試みることができても、非クロスオーバー産物に解決することを避けることができる。

#染色体構造の相互依存性

この研究は、コヒーシンベースの軸とSCを含むパキテン染色体の構造が保護的な役割を果たすことを示した。これらの構造はクロスオーバー特異的解決を促進するだけでなく、dHJsが早期に解決されないようにするために働く。

dHJsをさまざまな方法で安定化させようとしたとき、コヒーシンや他の構造成分の分解でよく見られる細胞学的欠陥が依然として残っていることが観察された。これは、ジョイント分子の効果的な解決には適切な染色体構造が継続的に存在する必要があるという結論につながる。

#まとめ

要するに、減数分裂中のクロスオーバー形成の適切なプロセスは複雑で、さまざまな構造やタンパク質複合体に依存している。コヒーシンはこれらの構造を維持し、特定のメカニズムが望ましいクロスオーバーの結果につながることを保証するために不可欠だ。SCとクロスオーバー再編成複合体の相互依存性は重要であり、ジョイント分子を保護しつつ適切に解決できるバランスも重要だ。これらの機能がなければ、染色体は誤った分配のリスクがあり、不妊や遺伝子疾患につながる。

この研究は、洗練された染色体構造と相互作用が成功した減数分裂と次世代に引き継がれる遺伝物質の整合性にとってどれだけ重要かを強調している。正しいプロセスが実行されることで、生物は遺伝的安定性を維持し、健康な繁殖を促進することができる。